《流量检测》PPT课件.ppt

第六章流量检测 体积流量检测方法 2 质量流量检测方法简介 3 流量检测的基本概念 1 6 1流量检测的基本概念 一 概述流量的概念瞬时流量 在工程上 流量通常指单位时间内通过管道某一截面的流体数量 累积流量 对瞬时流量在一段时间内的积分 即在一段时间内物料通过某一管道的总量 流量的表示 它可以用体积流量和质量流量来表示 体积流量 qv 指单位时间内流过管道某一截面流体的体积数 其常用单位为m3 h 质量流量 qm 指单位时间内流过管道某一截面流体的质量数 其常用单位为kg h 6 1流量检测的基本概念 体积流量与质量流量之间的关系为累积流量与瞬时流量的关系是 6 1流量检测的基本概念 流量检测方法及流量计分类流量检测方法可以归为体积流量检测和质量流量检测两种方式 前者测得流体的体积流量值 后者可以直接测得流体的质量流量值 测量流量的仪表称为流量计 测量流体总量的仪表称为计量表或总量计 流量计通常由一次装置和二次仪表组成 一次装置安装于流道的内部或外部 根据流体与之相互作用关系的物理定律产生一个与流量有确定关系的信号 这种一次装置亦称流量传感器 二次仪表则给出相应的流量值大小 6 1流量检测的基本概念 流量计的分类体积流量计容积式流量计差压式流量计速度式流量计质量流量计推导式质量流量计直接式质量流量计 6 1流量检测的基本概念 流量计的基本特性 特性1 流量范围及范围度流量计的流量范围指可测最大流量和最小流量所限定的范围 在这个范围内 仪表在正常使用条件下示值误差不超过最大允许误差 最大流量与最小流量的比值称为范围度 一般表达为某数与1之比 流量计范围度的大小受仪表的原理与结构所限制 6 1流量检测的基本概念 特性2 测量精确度和误差流量计的精确度用误差表示 流量计在出厂时均要进行标定 仪表所标出的精确度为基本误差 在现场使用中由于偏离标定条件会带来附加误差 流量计的实际测量精确度为基本误差与附加误差的合成 这种合成的估算很复杂 可以参照有关规定计算 6 1流量检测的基本概念 特性3 压力损失安装在流通管道中的流量计实际上是一个阻力件 流体在通过流量计时将产生压力损失 这会带来一定的能源消耗 各种流量计的压力损失大小是仪表选型的一个重要指标 6 2流量检测方法 1 容积式流量计 排量流量计 容积式流量计是直接根据排出体积进行流量累计的仪表 它利用运动元件的往复次数或转速与流体的连续排出量成比例对被测流体进行连续的检测 容积式流量计可以计量各种液体和气体的累积流量 由于这种流量计可以精密测量体积量 所以其类型包括从小型的家用煤气表到大容积的石油和天然气计量仪表 广泛地用作管理和贸易的手段 6 2流量检测方法 组成 容积式流量计由测量室 运动部件 传动和显示部件组成 它的测量主体为具有固定标准容积的测量室 测量室由流量计内部的运动部件与壳体构成 按运动部件分类 往复运动和旋转运动两种形式 往复运动式有家用煤气表 活塞式油量表等 旋转运动式有旋转活塞式流量计 椭圆齿轮流量计 腰轮流量计等 6 2流量检测方法 1 椭圆齿轮流量计椭圆齿轮流量计的测量本体由一对相互啮合的椭圆齿轮和仪表壳体构成 6 2流量检测方法 两个椭圆齿轮A B在进出口流体压力差的作用下 交替地相互驱动 并各自绕轴作非匀角速度的转动 在转动过程中连续不断地将充满在齿轮与壳体之间的固定容积内的流体一份份地排出 6 2流量检测方法 齿轮的转数可以通过机械的或其他的方式测出 从而可以得知流体总流量 两个齿轮每转动一圈 流量计将排出4个半月形容积的流体 通过椭圆齿轮流量计的流体总量可表示为 V 4nV0V为某段时间内流过流体的体积流量 n为某段时间内齿轮转数 V0为由齿轮及壳壁所构成的半月形容积 6 2流量检测方法 椭圆齿轮流量计适用于高粘度液体的测量 流量计基本误差为 0 2 0 5 范围度为10 1 工作温度要低于120 以防止齿轮卡死 在使用时要注意防止齿轮的磨损与腐蚀 以延长仪表寿命 6 2流量检测方法 容积式流量计的安装与使用流量计的安装地点应满足技术性能规定的条件 仪表在安装前必须进行检定 多数容积式流量计可以水平安装 也可以垂直安装 在流量计上游要加装过滤器 调节流量的阀门应位于流量计下游 为维护方便需设置旁通管路 安装时要注意流量计外壳上的流向标志应与被测流体的流动方向一致 仪表在使用过程中被测流体应充满管道 并工作在仪表规定的流量范围内 当粘度 温度等参数超过规定范围时应对流量值进行修正 仪表要定期清洗和检定 节流式流量计 2 节流式流量计基本原理 在流体流过的管道中放置一定的节流元件 使流体流过这些阻挡件时 其流动状态发生变化 从而在节流元件的前后产生压差 根据压差的大小等来测定流量的大小 典型的节流式流量计有 差压式流量计 靶式流量计 转子流量计 节流式流量计 1 差压式流量计差压式流量计基于在流通管道上设置流动阻力件 流体通过阻力件时将产生压力差 此压力差与流体流量之间有确定的数值关系 通过测量差压值可以求得流体流量 差压式流量计通常由节流元件 取压装置 和差压计 或差压变送器 及显示仪表组成 产生差压的装置有多种型式 包括节流装置 如孔板 喷嘴 文丘利管等 以及动压管 均速管 弯管等 节流式流量计 节流式流量计 a 节流装置的流量测量原理节流装置是指安装在管道中的一个局部节流元件以及相配套的取压装置 连续流动的流体经过节流装置时 由于流束收缩 发生能量的转换 在节流装置的前后产生静压力差 这个压差与流体的流量有关 而且流量越大 压差也越大 在水平管道中垂直安装一块孔板 则孔板前后流体的速度与压力的分布情况如图所示 节流式流量计 节流式流量计 根据能量守恒定律 对于不可压缩的理想流体 在管道任一截面处的流体的动能和静压能之和是恒定的 并且在一定条件下互相转化 当表征流体动能的速度在节流装置的前后发生变化时 表征流体静压能的静压力也将随之发生变化 这样在节流装置前后就会产生静压差 节流式流量计 b 流量公式根据伯努利方程式和流体的连续性方程可以推导出节流装置前后静压差与流量的定量关系式为 节流式流量计 c 差压计由节流装置测得的差压信号 只有经过差压计才能转换成所需要的流量信号 差压计根据需要可配有指示 记录及流量计算等机构以实现流量的显示 d 差压计的投运差压流量计在现场安装完毕并经核查和校验合格后 便可投入运行 开表前 首先必须使导压管内充满相应的介质 并将积存在导压管中的空气通过排气阀和仪表的放气孔排除干净 然后 再按照下面介绍的具体步骤正确地操作三阀组 将差压计投人运行 节流式流量计 差压计三阀组的安装示意图如图所示 它包括两个切断阀和一个平衡阀 安装三阀组的主要目的是为了在开停表时 防止差压计单向受到很大的静压力 使仪表产生附加误差 甚至损坏 为此 必须正确地使用三阀组 节流式流量计 具体步骤是 1 先开平衡阀3 使正负压室连通 2 然后再依次逐渐打开正压侧的切断阀1和负压侧的切断阀2 使差压计的正负压室承受同样的压力 3 最后再渐渐地关闭平衡阀3 差压计即投人运行 当差压计需要停用时 应先打开平衡阀3 然后再关闭切断阀1和2 节流式流量计 差压式流量计特点 优点 结构简单 制造方便 使用范围宽 可测液体 气体 是目前使用较广的一种流量计 缺点 压力损失较大 测量精度较低 要求安装在水平管道中 并且要求其前后有一定长度的直管段 浮子流量计 3 浮子流量计 转子流量计 浮子流量计也是利用节流原理测量流体的流量 但它的差压值基本保持不变 是通过节流面积的变化反映流量的大小 故又称恒压降变截面流量计 也有称作转子流量计 浮子流量计可以测量多种介质的流量 更适用于中小管径 中小流量和较低雷诺数的流量测量 浮子流量计 浮子流量计的测量本体由一根自下向上扩大的垂直锥管和一只可以沿着锥管的轴向自由移动的浮子组成 如图所示 浮子流量计 检测原理 当被测流体自锥管下端流入流量计时 由于流体的作用 浮子上下端面产生一差压 该差压即为浮子的上升力 当差压值大于浸在流体中浮子的重量时 浮子开始上升 随着浮子的上升 浮子最大外径与锥管之间的环形面积逐渐增大 流体的流速则相应下降 作用在浮子上的上升力逐渐减小 直至上升力等于浸在流体中的浮子的重量时 浮子便稳定在某一高度上 这时浮子在锥管中的高度与所通过的流量有对应的关系 浮子流量计 p53浮子流量计特点具有结构简单 使用维护方便 对仪表前后直管段长度要求不高 压力损失小且恒定 测量范围比较宽 工作可靠且线性刻度 可测气体 蒸汽 电 气远传金属浮子流量计 和液体的流量 适用性广等特点 浮子流量计 需要指出的是 浮子流量计一般在出厂时其刻度是按标准状态下的水或空气标定的 如果在实际使用中的测量介质或条件不符合出厂时的标准条件 就要考虑测量介质的重度 温度的变化产生的影响 则必须对仪表的刻度指示值进行重新的标定 远传式 浮子流量计 浮子流量计安装示意 浮子流量计 特点 结构简单 使用维护方便 对仪表前后直管段长度要求不高 压力损失小而且恒定 测量范围比较宽 刻度为线性 浮子流量计测量精确度为 2 左右 但仪表测量受被测介质的密度 粘度 温度 压力 纯净度影响 还受安装位置的影响 速度式流量计 4 速度式流量计速度式流量计的测量原理均基于与流体流速有关的各种物理现象 仪表的输出与流速有确定的关系 即可知流体的体积流量 典型的速度式流量计 涡街流量计电磁流量计涡轮流量计超声流量计 涡街流量计 1 涡街流量计属旋涡流量计类型 它是利用流体振荡的原理进行流量测量 当流体流过非流线型阻挡体时会产生稳定的旋涡列 旋涡的产生频率与流体流速有着确定的对应关系 测量频率的变化 就可以得知流体的流量 涡街流量计 涡街流量计的组成及流量方程式涡街流量计的测量主体是旋涡发生体 旋涡发生体是一个具有非流线型截面的柱体 垂直插于流通截面内 当流体流过旋涡发生体时 在发生体两侧会交替地产生旋涡 并在它的下游形成两列不对称的旋涡列 当每两个旋涡之间的纵向距离h和涡列间横向距离L满足一定的关系 即h L 0 281时 这两个旋涡列将是稳定的 称之为 卡门涡街 稳定的旋涡产生频率f与旋涡发生体处的流速v有确定的关系 涡街流量计 式中 St为斯特罗哈尔数 是一个无因次数 d为旋涡发生体的特征尺寸 v为旋涡发生体处的流速 St与旋涡发生体形状及流体雷诺数有关 在一定的雷诺数范围内 数值基本不变 旋涡发生体的形状有圆柱 三角柱 矩形柱 T形柱以及由以上简单柱形组合而成的组合柱形 不同柱形的St不同 涡街流量计 三角柱体涡街检测器原理示意图旋涡频率采用热敏电阻检测方式 在三角柱体的迎流面对称地嵌入两个热敏电阻 通入恒定电流加热电阻 使其温度稍高于流体 在交替产生的旋涡的作用下 两个电阻被周期地冷却 使其阻值改变 阻值的变化由桥路测出 即可测得旋涡产生频率 从而测知流量 涡街流量计 涡街流量计的特点 涡街流量计适用于气体 液体和蒸汽介质的流量测量 其测量几乎不受流体参数 温度 压力 密度 粘度 变化的影响 涡街流量计在仪表内部无可动部件 使用寿命长 压力损失小 输出为频率信号 有较宽的范围度30 1 测量精度也比较高 为 0 5 1 它是一种正在得到广泛应用的流量仪表 不足 流体流速分布情况和脉动情况将影响测量准确度 旋涡发生体被沾污也会引起误差 电磁流量计 2 电磁流量计a 工作原理电磁流量计是基于电磁感应定律原理进行流量测量的 它主要由内衬绝缘材料的测量管 左右相对安装的一对电极 及上下安装的磁极N和S所组成 三者互相垂直 当具有一定导电率的液体在垂直于磁场的非磁性测量管内流动时 液体中会产生电动势 如图所示 电磁流量计 电磁流量计 该感应电势由两电极引出 其电势的数值与流量大小 磁场强度 管径等有关 可由下式表示E KBDv式中 E 感应电动势 V K 系数 B 磁感应强度 T D 测量管内径 m v 平均流速 m s 电磁流量计 体积流量qv可表示为当B恒定 K由校验确定后 被测流量完全与电势成正比 b 使用特点电磁流量计不受流体密度 粘度 温度 压力和电导率变化的影响 测量管内无阻碍流动部件 不易阻塞 无压力损失 直管段要求较低 测量范围度大 可选流量范围宽 精确度较高 可优于1级 口径范围比其它品种流量仪表宽 从几毫米到3米 输出线性 用于测量具有一定电导率的液体 尤其适合测量泥浆 矿桨 纸浆等含有固体颗粒的液体 并能测量具有腐蚀性的酸 碱 盐等溶液 不能测量气体 蒸汽和电导率低的石油流量 电磁流量计 6 3质量流量检测方法简介 科里奥利质量流量计 目前使用比较广泛 简称科氏力流量计 利用流体在振动管中流动时 将产生与质量流量成正比的科里奥利力的测量原理 科氏力流量计由检测科里奥利力的传感器与转换器组成 6 3质量流量检测方法简介 传感器测量